燃煤飛灰粘彈沉積模型的構建理論和試驗研究

《燃煤飛灰粘彈沉積模型的構建理論和試驗研究》是依託安徽工業大學，由鄭志敏擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：燃煤飛灰粘彈沉積模型的構建理論和試驗研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：鄭志敏
• 依託單位：安徽工業大學

項目摘要

準確預測煤灰的沉積行為，將會給鍋爐的設計和運行提供有力的支持作用。針對目前沉積模型的預測精度有限，不能滿足複雜沉積環境的需要。本課題將從顆粒接觸力學角度出發，同時考慮高溫顆粒的粘度和顆粒以及沉積灰表面力學性能特性，首先從理論上建立適合工程需要的基於臨界速度的粘彈沉積模型；其次在高溫飛灰的沉積試驗台上測量煤灰顆粒的臨界速度，以驗證模型的準確性，同時將考查飛灰顆粒的溫度和直徑，化學組分，煙氣流速對顆粒臨界速度的影響；緊接著，本文將重點考查沉積灰表面特性，如彈性模量、溫度和粘度對煤灰顆粒臨界速度的影響；最後，本課題將綜合理論和試驗的研究結果，編寫用於描述沉積灰增長的通用沉積代碼，套用數值模擬方法（CFD）模擬沉積灰的增長過程。課題的完成將建立一種全面評估煤灰沉積行為新的沉積模型和預測方法，這將顯著提高預測煤灰沉積行為的預測精度。

結題摘要

數值模擬預測是認識煤灰沉積行為的一種重要工具和手段。但目前沉積模型的預測精度不高，也缺乏先進的模擬工具，導致模擬預測結果與實際情況往往存在較大的偏差。因此建立高精度的預測模型及開發相應的模擬工具有重要的現實意義。課題從沉積灰模型的建立，實驗和數值模擬三個方面展開了研究。在模型的建立方面，本課題針對慣性碰撞沉積機理，從顆粒的接觸力學出發，建立了相應的沉積模型和脫除模型。研究表明，顆粒的彈性模型模量對顆粒的沉積有明顯的影響，而且在預測過程中，即便是在低的煙氣流速下，也非常必要考慮脫除模型；在實驗方面，課題在搭建的高溫條件顆粒撞擊試驗台上，基於高速攝影法，重點考察了顆粒溫度和直徑以及撞擊表面特性對顆粒反彈特性的影響，研究表明這些因素對顆粒的黏附和反彈均有不同的程度影響，而獲得顆粒的彈性模量隨溫度和顆粒直徑的關係對進一步提高沉積模型的精度有重要意義；在數值模擬方面，基於ANSYS FLUENT商業軟體，先後開發一套非穩態模擬單管和管束上沉積灰增長的數值模擬方法。該方法耦合了Fluent的動格線模型，DPM模型和傳熱模型，考慮了沉積灰的表面溫度和形貌變化的影響，從而顯著提高了預測模型的精度，而且模擬結果與實驗結果吻合比較好。本課題的研究成果為燃煤鍋爐及其換熱器的設計和運行提供重要的基礎性實驗數據和先進的模擬工具。